宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(q需要和须要意思的区别简单理解，必须与必需的区别通俗易懂ū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(j需要和须要意思的区别简单理解，必须与必需的区别通俗易懂iě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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